Дар зимистони имсола дар қисмати марказии Русия барф ба қадри кофӣ нест. Албатта, дар баъзе чойхо афтид, вале дар мохи январь хавои боз хам шабнам ва барфро интизор шудан мумкин аст. Хокистарии кунд ва лойи ногувор шуморо аз эҳсоси шодии лаззати маъмулии зимистон пешгирӣ мекунад. Аз ин рӯ, Cloud4Y пешниҳод мекунад, ки бо сӯҳбат дар бораи ... барфҳо ба ҳаёти мо каме барф илова кунед.
Гумон меравад, ки танҳо ду намуди барфҳо вуҷуд доранд. Ва яке аз донишмандон, ки гоҳо "падар"-и физикаи зарраҳои барфӣ номида мешавад, як назарияи наве дорад, ки сабаби инро шарҳ диҳад. як шахси аҷибест, ки омода аст дар миёнаи зимистон Калифорнияи ҷанубии аз офтоб гармшударо тарк кунад, то ба Фэрбенкс (Аляска) биравад, куртаи гарм пӯшад ва бо камера ва як пораи кафк дар дасташ дар майдони яхкардашуда нишинад. .
Барои чӣ? Вай барфҳои дурахшонтарин, бофташудатарин ва зеботаринро меҷӯяд, ки табиат онҳоро офарида метавонад. Ба гуфтаи ӯ, намунаҳои ҷолибтарин одатан дар ҷойҳои хунуктарин - Фэрбенксҳои маъруф ва қисми шимолии барфпӯши Ню Йорк ташаккул меёбанд. Беҳтарин барф, ки Кеннет то ҳол дида буд, дар Кокрейн, як макон дар шимолу шарқи Онтарио буд, ки дар он ҷо шамолҳои сабук ҳангоми аз осмон афтодан пораҳои барфро чарх мезаданд.
Либбрехт аз унсурҳо ба ҳайрат афтода, тахтаи кафкашро бо устувории бостоншинос меомӯзад. Агар дар он ҷо чизи ҷолибе бошад, ҳатман чашм ба он ҷалб хоҳад шуд. Дар акси ҳол, барф аз тахта пок мешавад ва ҳама чиз аз нав оғоз меёбад. Ва ин соатҳо давом мекунад.
Либбрехт физик аст. Бо як тасодуфи ҷолиб лабораторияи ӯ дар Донишкадаи технологии Калифорния ба таҳқиқоти сохтори дохилии Офтоб машғул аст ва ҳатто асбобҳои муосирро барои муайян кардани мавҷҳои ҷозиба таҳия кардааст. Аммо дар тӯли 20 соли охир, ҳаваси аслии Либбрехт барф буд - на танҳо намуди зоҳирии он, балки он чизе ки онро чунин менамояд. "Саволе, ки чӣ гуна ашё аз осмон меафтад, ин чӣ гуна рух медиҳад ва чаро онҳо ба ин монанданд, маро ҳамеша азоб медиҳад", - эътироф мекунад Кеннет.
Дар муддати тӯлонӣ барои физикҳо донистани он кифоя буд, ки дар байни кристаллҳои хурди барф ду намуди бартаридоштаро фарқ кардан мумкин аст. Яке аз онҳо ситораи ҳамвор аст, ки шаш ё дувоздаҳ даст дорад, ки ҳар яки он бо тӯрҳои дилангези зебо оро дода шудааст. Дигараш як навъ сутуни миниатюрӣ аст, ки гоҳе дар байни «сарпӯшҳо»-и ҳамвор ва гоҳе ба болти оддӣ монанд аст. Ин шаклҳоро дар ҳарорат ва намии гуногун дидан мумкин аст, аммо сабаби ба вуҷуд омадани шакли мушаххас сирре буд. Мушоҳидаҳои солҳои Либбрехт барои беҳтар фаҳмидани раванди кристаллизатсияи донаҳои барф кӯмак карданд.
Кори Либбрехт дар ин самт ба эҷоди модели нав кумак кард, ки мефаҳмонад, ки чаро барфҳо ва дигар кристаллҳои барф чизҳоеро, ки мо барои дидан одат кардаем, ташкил медиҳанд. Тибқи назарияи ӯ, онлайн дар моҳи октябри соли 2019, ҳаракати молекулаҳои обро дар наздикии нуқтаи яхкунӣ (кристаллизатсия) тавсиф мекунад ва чӣ гуна ҳаракатҳои мушаххаси ин молекулаҳо метавонанд коллексияи кристаллҳоро, ки дар шароити гуногун ба вуҷуд меоянд, ба вуҷуд оранд. Дар худ Дар 540 саҳифа, Либбрехт тамоми донишҳоро дар бораи кристаллҳои барфӣ тавсиф мекунад.
Ситорахои шашкуша
Шумо, албатта, медонед, ки дидани ду дона барфҳои якхела ғайриимкон аст (ба истиснои марҳилаи ибтидоӣ). Ин далел ба он вобаста аст, ки кристалҳо дар осмон чӣ гуна пайдо мешаванд. Барф маҷмӯи кристаллҳои ях аст, ки дар атмосфера ба вуҷуд меоянд ва ҳангоми якҷоя ба Замин афтодан шакли худро нигоҳ медоранд. Онҳо вақте ба вуҷуд меоянд, ки атмосфера ба қадри кофӣ сард аст, то онҳоро аз якҷояшавӣ ё обшавӣ ба барф ё борон пешгирӣ кунад.
Ҳарчанд миқдори зиёди ҳарорат ва намӣ дар дохили як абр сабт карда мешавад, барои як дона барф ин тағирёбандаҳо доимӣ хоҳанд буд. Ин аст, ки чаро барф аксар вақт ба таври симметрӣ мерӯяд. Аз тарафи дигар, хар як донаи барф ба шамол, нури офтоб ва дигар омилхо дучор мешавад. Аслан, ҳар як кристалл ба бесарусомонии абр дучор мешавад ва аз ин рӯ шаклҳои гуногунро мегирад.
Тибқи таҳқиқоти Либбрехт, аввалин тафаккур дар бораи ин шаклҳои нозук дар соли 135 пеш аз милод сабт шудааст. дар Хитой. Олим Хан Ин навиштааст: «Гулҳои растанӣ ва дарахтон одатан панҷгӯша доранд, аммо гулҳои барф ҳамеша шашгӯша мебошанд. Ва аввалин олим, ки кӯшиш кард, ки чаро ин рӯй медиҳад, Иоганнес Кеплер, олими олмонӣ ва полимат буд.
Дар соли 1611 Кеплер ба сарпарасти худ, императори Рими муқаддас Рудольф II тӯҳфаи солинавӣ тақдим кард: тахти унвони «Дар бораи барфхои шашкунча».
«Ман аз купрук гузаштам, аз шарм азоб кашида, туро бе тӯҳфаи солинавӣ гузоштам! Ва он гоҳ як имконият пайдо шуд! Буғи обе, ки аз сардӣ ба барф ғафс шуда, мисли зарраҳои барфӣ ба либосам мерезад, ҳамааш якто, шашкунҷа, бо нурҳои пурпуш. Савганд ба Геркулес, ин ҷо чизест, ки аз ҳар қатра хурдтар аст, шакл дорад, метавонад ҳамчун тӯҳфаи солинавии деринтизор ба дӯстдорони Ҳеч чиз хизмат кунад ва сазовори риёзидеме аст, ки Ҳеҷ чиз надорад ва Ҳеҷ чизро намегирад, зеро он аз осмон меафтад ва дар худ шабоҳати ситораи шашкунҷаро пинҳон мекунад!
«Бояд сабабе дошта бошад, ки барф ба ситораи шашкунҷа монанд аст. Ин тасодуф буда наметавонад," Иоганнес Кеплер итминон дошт. Шояд ӯ номаи ҳамзамонаш Томас Ҳарриот, олим ва ситорашиноси инглисиро ба ёд овардааст, ки ӯ ҳамзамон ба ҳайси штурмани сайёҳ Уолтер Роли кор кардааст. Тақрибан дар соли 1584, Ҳарриот роҳи муассиртаринро дар паҳлӯҳои киштиҳои Роли меҷуст. Ҳарриот фаҳмид, ки намунаҳои шашкунҷавӣ беҳтарин роҳи ба тартиб даровардани сфераҳо ба назар мерасанд ва ӯ ин масъаларо дар мукотиба бо Кеплер баррасӣ кардааст. Кеплер ҳайрон шуд, ки оё дар зарраҳои барфӣ чизе ба ин монанд рух медиҳад ва кадом элемент барои эҷод ва нигоҳдории ин шаш нур масъул аст.
Шаклҳои барфӣ
Мо гуфта метавонем, ки ин фаҳмиши аввалини принсипҳои физикаи атомӣ буд, ки танҳо пас аз 300 сол баррасӣ мешавад. Дар ҳақиқат, молекулаҳои об, бо ду атоми гидроген ва як оксиген, майл доранд, ки массиви шашкунҷаро ташкил кунанд. Кеплер ва ҳамзамонони ӯ намедонистанд, ки ин то чӣ андоза муҳим аст.
Чунон ки физикхо мегуянд, ба туфайли алокаи гидроген ва таъсири мутакобилаи молекулахо бо хамдигар сохтори кристаллии кушодро мушохида кардан мумкин аст. Илова бар қобилияти парвариши барфҳо, сохтори шашкунҷа имкон медиҳад, ки ях нисбат ба об камтар зичтар бошад, ки ба геохимия, геофизика ва иқлим таъсири бузург дорад. Ба ибораи дигар, агар ях шино намекард, ҳаёт дар рӯи замин ғайриимкон мебуд.
Аммо пас аз рисолаи Кеплер, мушоҳидаи донаҳои барфӣ бештар аз як илми ҷиддӣ як маҳфил буд. Дар солҳои 1880-ум, як аксбардори амрикоӣ бо номи Уилсон Бентли, ки дар шаҳраки хурди Иериҳо (Вермонт, ИМА) дар сард ва ҳамеша барфпӯш зиндагӣ мекард, бо истифода аз лавҳаҳои аксбардорӣ ба гирифтани аксҳои барфҳо шурӯъ кард. Вай муяссар шуд, ки пеш аз маргаш аз пневмония зиёда аз 5000 акс эҷод кунад.
Ҳатто дертар, дар солҳои 1930-ум, муҳаққиқи ҷопонӣ Укичиро Накая ба омӯзиши мунтазами намудҳои гуногуни кристаллҳои барф шурӯъ кард. Дар миёнаи аср, Накая дар лаборатория бо истифода аз мӯйҳои алоҳидаи харгӯш, ки дар як ҳуҷраи яхдон ҷойгир карда шудааст, барфҳои барфӣ парвариш кард. Вай бо танзимоти намӣ ва ҳарорат, парвариши навъҳои асосии кристаллҳо кор кард ва феҳристи аслии худро аз шаклҳои имконпазир тартиб дод. Накая кашф кард, ки ситораҳои барфӣ одатан дар -2 ° C ва дар -15 ° C ба вуҷуд меоянд. Сутунҳо дар -5 °C ва тақрибан -30 °C ташкил медиҳанд.
Дар ин ҷо бояд қайд кард, ки дар ҳарорати тақрибан -2 °C шаклҳои барфшакли борик пайдо мешаванд, дар -5 ° C онҳо сутунҳо ва сӯзанҳои тунукро ба вуҷуд меоранд, вақте ки ҳарорат то -15 ° C паст мешавад, онҳо воқеан борик мешаванд. плитаҳо ва дар ҳарорати пасттар - Дар 30 ° C онҳо ба сутунҳои ғафс бармегарданд.
Дар шароити намии паст, барфҳои ситорадор якчанд шоха ташкил карда, ба плитаҳои шашкунҷа шабоҳат доранд, аммо дар намӣ баланд онҳо мураккабтар ва тӯлноктар мешаванд.
Ба гуфтаи Либбрехт, ба шарофати кори Накай сабабҳои пайдоиши шаклҳои гуногуни донаҳои барф равшантар гардид. Муайян карда шудааст, ки кристаллҳои барфӣ ба ситораҳо ва плитаҳои ҳамвор табдил меёбанд (на сохторҳои сеченака), вақте ки кунҷҳо ба берун зуд калон мешаванд ва рӯйҳо оҳиста ба боло меафзоянд. Сутунҳои борик бо кунҷҳои тез афзоянда ва кунҷҳои сусттар инкишоф меёбанд.
Дар айни замон, равандҳои асосӣ, ки ба ситора ё сутун табдил ёфтани барф таъсир мерасонанд, норавшан боқӣ мемонанд. Шояд сирри он дар шароити ҳарорат бошад. Ва Либбрехт кӯшиш кард, ки ба ин савол ҷавоб ёбад.
рецепти барфӣ
Якҷоя бо як гурӯҳи хурди муҳаққиқони худ, Либбрехт кӯшиш кард, ки рецепти барфро таҳия кунад. Ин аст, ки маҷмӯи муайяни муодилаҳо ва параметрҳое, ки метавонанд ба компютер бор карда шаванд ва аз AI навъҳои олиҷаноби барфҳоро ба даст оранд.
Кеннет Либбрехт тадқиқоти худро бист сол пеш пас аз омӯхтани шакли экзотикии барфӣ, ки сутуни пӯшида номида мешавад, оғоз кард. Он ба риштаи ришта ё ду чарх ва тир монанд аст. Вай дар шимоли кишвар таваллуд шудааст, аз он ки ҳеҷ гоҳ ин гуна барфро надида буд, ба ҳайрат афтод.
Вай аз шаклхои беохири кристаллхои барф ба хайрат афтода, ба кор шуруъ кард табиати онҳоро бо ташкили лабораторияи парвариши донаҳои барфӣ. Натичахои мушохидахои чандинсола ба офаридани моделе кумак карданд, ки худи муаллиф онро рахнае мешуморад. Вай идеяи диффузияи молекулавиро дар асоси энергияи сатҳ пешниҳод кард. Ин ақида тасвир мекунад, ки нашъунамои кристалл барф аз шароити ибтидоӣ ва рафтори молекулаҳое, ки онро ташкил медиҳанд, чӣ гуна вобаста аст.
Тасаввур кунед, ки молекулаҳои об озод ҷойгир шудаанд, зеро буғи об ҳоло ях карданро оғоз мекунад. Агар шумо метавонистед дар дохили як расадхонаи ночиз бошед ва ба ин раванд назар андозед, шумо мебинед, ки чӣ гуна молекулаҳои оби яхкардашуда ба ташаккули торчаи сахт шурӯъ мекунанд, ки дар он ҳар як атоми оксиген бо чор атоми гидроген иҳота шудааст. Ин кристаллҳо тавассути ворид кардани молекулаҳои об аз ҳавои атроф ба сохтори худ афзоиш меёбанд. Онҳо метавонанд дар ду самти асосӣ афзоиш ёбанд: боло ё берун.
Вақте ки кунҷҳо нисбат ба ду рӯи кристалл тезтар ба вуҷуд меоянд, кристали борик ва ҳамвор (ламел ё ситорашакл) ба вуҷуд меояд. Кристали афзоянда ба берун паҳн мешавад. Аммо, вақте ки чеҳраҳои он назар ба кунҷҳои он тезтар калон мешаванд, кристалл баланд шуда, сӯзан, сутуни холӣ ё чӯбро ташкил медиҳад.
Шаклҳои нодири барфпӯшакҳо
Боз як лаҳза. Ба акси сеюм, ки аз ҷониби Либрехт дар шимоли Онтарио гирифта шудааст, таваҷҷӯҳ кунед. Ин булӯри "сутуни пӯшида" аст - ду лавҳаи ба ақсои кристаллҳои ғафси сутунӣ пайвастшуда. Дар ин ҳолат, ҳар як табақ ба як ҷуфт табақи хеле бориктар тақсим карда мешавад. Ба кунҷҳо бодиққат нигоҳ кунед, шумо хоҳед дид, ки табақ ба ду тақсим мешавад. Канори ин ду табақи борик тақрибан мисли теғи риштарош тез аст. Дарозии умумии сутуни ях тақрибан 1,5 мм аст.
Мувофиқи модели Либбрехт, буғи об аввал дар кунҷҳои кристалл ҷойгир шуда, баъдан дар рӯи сатҳ ё ба канори кристалл ё ба рӯи он паҳн мешавад (диффузия мешавад) ва боиси афзоиши кристалл ба берун ё боло мегардад. Кадоме аз ин равандҳо «ғолиб мешаванд» асосан аз ҳарорат вобаста аст.
Бояд қайд кард, ки модел «ним-таҷрибавӣ» аст. Ин аст, ки он қисман сохта шудааст, ки ба он чизе, ки рӯй дода истодааст, мувофиқат кунад, на барои шарҳ додани принсипҳои афзоиши барф. Ноустуворӣ ва таъсири мутақобилаи байни молекулаҳои бешумор хеле мураккабанд, то пурра кушода нашавад. Бо вуҷуди ин, умед боқӣ мемонад, ки идеяҳои Либбрехт барои модели ҳамаҷонибаи динамикаи афзоиши яхҳо, ки тавассути ченкуниҳо ва таҷрибаҳои муфассалтар муфассалтар муайян карда мешаванд, асос хоҳанд буд.
Набояд фикр кард, ки ин мушохидахо доираи махдуди олимонро ба худ чалб мекунанд. Чунин саволҳо дар физикаи моддаҳои конденсатсионӣ ва дигар соҳаҳо ба миён меоянд. Молекулаҳои маводи мухаддир, микросхемаҳои нимноқил барои компютерҳо, ҳуҷайраҳои офтобӣ ва як қатор дигар соҳаҳо ба кристаллҳои баландсифат такя мекунанд ва тамоми дастаҳо барои парвариши онҳо бахшида шудаанд. Пас, барфҳои маҳбуби Либбрехт метавонанд ба манфиати илм хидмат кунанд.
Шумо дар блоги дигар чӣ хонда метавонед?
→
→
→
→
→
Ба мо обуна шавед -канал то мақолаи ояндаро аз даст надиҳед! Мо на бештар аз ду маротиба дар як ҳафта ва танҳо дар бораи тиҷорат менависем. Дар омади гап, агар шумо аллакай намедонед, стартапҳо метавонанд аз Cloud10Y 000 доллар гиранд. Шартҳо ва шакли дархост барои хоҳишмандон метавонанд дар вебсайти мо пайдо шаванд:
Манбаъ: will.com